[發明專利]基于視覺人體位姿檢測的上肢康復機器人系統及使用方法

在審

• 申請號: 201810325899.2
• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN108814894A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 林明星;馬高遠;班傳奇;孫強三;曾凡碩
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 楊哲

1.一種基于視覺人體位姿檢測的上肢康復機器人系統，其特征在于，該系統包括：上肢康復機器人、視覺采集模塊、處理器和醫師監控模塊；

所述上肢康復機器人用于根據接收的所述處理器傳輸的訓練指令配合患者上肢的運動進行康復訓練，將根據訓練指令的機器人執行狀態發送至所述處理器；

所述視覺采集模塊用于采集患者上肢圖像信息得到患者上肢各個關節位置信息以及采集環境圖像信息得到軌跡規劃信息，并發送至所述處理器；

所述醫師監控模塊用于監控患者康復訓練，保存并分析評價患者康復訓練情況，并根據分析情況設置訓練動作和訓練模式生成命令信息發送至所述處理器；

所述處理器用于根據其接收的視覺采集模塊信息和醫師監控模塊命令信息進行融合處理產生訓練指令，發送至所述上肢康復機器人；并將訓練指令和接收的機器人執行狀態、患者上肢各個關節位置信息反饋至所述醫師監控模塊。

2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述上肢康復機器人為外骨骼式，采用串聯方式依次實現6個自由度的運動，分別為肩關節內收外擺、肩關節伸展屈曲、大臂旋轉、肘關節伸展屈曲、小臂旋轉和腕關節伸展屈曲；

所述上肢康復機器人為高度和臂長可調節機器人。

3.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述上肢康復機器人還包括電機驅動模塊和驅動電機，其接收所述處理器傳輸的訓練指令控制驅動電機的輸出力矩，進而實現動態調節上肢康復機器人各軸的輸出力矩。

4.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述上肢康復機器人根據其接收的訓練指令完成被動訓練、主動訓練和負載訓練三種模式的訓練，在康復訓練過程中，實時將各關節的機器人執行狀態反饋至所述處理器，所述機器人執行狀態包括速度、加速度和力矩；

所述被動訓練為患者上肢運動完全由所述上肢康復機器人驅動；所述主動訓練為患者上肢主動運動，所述上肢康復機器人跟隨運動，起輔助和保護的作用；所述負載訓練為患者上肢主動運動，所述上肢康復機器人施加反向載荷。

5.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述上肢康復機器人與患者進行人機交互，患者發送人機交互命令控制所述上肢康復機器人停止訓練；

所述上肢康復機器人還包括緊急停機按鈕。

6.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述視覺采集模塊采集的患者上肢圖像信息包括患者上肢的彩色圖像信息和患者上肢的深度圖像信息；根據采集的患者上肢圖像信息利用目標跟蹤技術獲取人體的實時姿態，根據人體剪影法獲取患者上肢各關節的坐標信息，得到患者上肢各個關節位置信息；并采用人體剪影法根據患者上肢各個關節位置信息將訓練過程生成軌跡函數，計算不同姿態時各個關節位置信息和速度信息。

7.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述視覺采集模塊根據采集的關鍵幀的患者上肢圖像信息表示患者的一個動作。

8.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述視覺采集模塊采集環境圖像信息得到軌跡規劃信息，檢測環境圖像中的障礙物，并將障礙物信息發送至所述處理器，所述處理器根據障礙物信息控制所述上肢康復機器人停止訓練。

9.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述醫師監控模塊的命令信息還包括規劃的上肢機器人的康復訓練路徑、設置的機器人執行狀態、停止訓練命令和開始訓練命令。

10.一種基于視覺人體位姿檢測的上肢康復機器人系統的使用方法，該使用方法基于上述權利要求1-9任一項所述的系統，包括：

步驟(1)：根據患者情況調整所述上肢康復機器人的高度和臂長，醫生協助患者穿戴上肢康復機器人并學習該系統的使用；

步驟(2)：醫生根據患者情況在所述醫師監控模塊設置命令信息，所述醫師監控模塊設置命令信息發送至所述處理器；

步驟(3)：所述視覺采集模塊采集患者上肢圖像信息得到患者上肢各個關節位置信息以及采集環境圖像信息得到軌跡規劃信息，并發送至所述處理器；

步驟(4)：所述處理器根據其接收的視覺采集模塊信息和醫師監控模塊命令信息進行融合處理產生訓練指令，發送至所述上肢康復機器人；

步驟(5)：所述上肢康復機器人用于根據接收的所述處理器傳輸的訓練指令配合患者上肢的運動進行康復訓練，將根據訓練指令的機器人執行狀態發送至所述處理器；處理器將訓練指令和接收的機器人執行狀態、患者上肢各個關節位置信息反饋至所述醫師監控模塊；醫生通過醫師監控模塊實時監控并記錄患者康復訓練過程；患者在不適時，通過人機交互控制上肢康復機器人停機；

步驟(6)：訓練結束后，醫生通過醫師監控模塊對患者康復訓練進行分析評價，并記入患者病例存檔；上肢康復機器人恢復初始位置，康復系統停止工作，醫生幫助患者脫下上肢康復機器人。